제1장 구미에 있어서 케미컬 리사이클의 최신 동향과 앞으로의 과제 (3)

[YDfamily]

2.3 Eastman의 케미컬 리사이클법의 r-PET 프로젝트

PET는 플라스틱 내에서도 가장 많이 리사이클 되고 있고, 음료용 PET병은 기존에 mechanical recycle process에서 재생된 r-PET를 100% 사용하는 기업도 현존하고 있다(코카콜라, 펩시 콜라나 일본 Suntory 등). 단 오염이 심한 PET 섬유의 카펫이나, 착색 병, PETG 등은 mechanical recycle에서는 재생이 곤란으로 회수, 파쇄, 세정, 해중합 하여, monomer 성분으로 되돌려, 재 중합하는 케미컬 리사이클이 필요하게 된다. 그 대표격이 Eastman이다.

2.3.1 프랑스에 10억 달러의 투자 발표

Eastman의 CEO, Mark Costa는 22년 1월, 엘리제궁으로 초대한 Macron 대통령과 회의의 장에서, 프랑스에 투자 총액 10억 달러를 넘는 PET의 케미컬 리사이클 공장을 건설할 계획을 설명하고, 프랑스 정부의 이래와 협력을 구했다.

리사이클이 어려운 폐플라스틱으로부터 케미컬 리사이클로 r-PET를 생산하는 이 신공장은, 년간 16만톤의 생산 능력을 갖고 있다. 기자회견에서 Costa씨는 신공장은 혼합 폐플라스틱의 분별 장치와, 선별된 폐 PET 자원을 테레프탈산 디메틸(DMT)과 에틸렌 글리콜(EG)로 분해하는 Methanolysis 장치, 그리고 얻어진 DMT와 EG를 정제하여, 해중합 하는 폴리머 제조 설비로 구성된다. 해중합된 r-PET는 Eastman의 “Tritan Renew” 제품군으로서 판매될 예정이다. 신 플랜트가 가공할 때까지는 공급력의 제약이 있기 때문에 r-PET 함유량 50%의 그레이드만 시장에 투입된다.

Eastman은 기존에 본사 소재지의 Tennessee주, Kingsport에서 과거 2년간에 2.5억 달러를 투입하여 Polyester Renew 기술(PRT)이라 불리는 Methnolysis 프로세스에 의한 년간 10억톤 규모의 생산 능력을 가진 r-PET의 플랜트를 건설 중으로 2022년 말에는 commissioning이 예정되어 있다. 프랑스의 신설비는 이보다 더욱 규모가 크게 된다. Costa씨에 의하면, Eastman의 사업 이익은 약 30%는 유럽 사업으로 들 수 있고, 그 지역에 공장을 건설하고, 유럽의 고객기업에 폐플라스틱을 원료로 한 r-PET를 생산, 판매하는 것에 의해 기업의 생산 활동에 수반하는 이산화탄소 배출량의 삭감에 협력 가능하다고 설명한다.

“프랑스에 세계 최대의 플라스틱 재생 설비를 건설하는 계획은 당사의 circular economy 전략의 core로 되는 부분이다. 오늘의 발표는 당사의 지속 가능성을 향한 도전의 중요한 milestone이다. 리사이클 사업 성공의 열쇠로 되는 폐플라스틱 재생자원의 조달, 그것을 실현 가능하게 하는 프랑스 정부의 이해와 지지, 건설 예정지에 관한 합의 사항 등, 앞으로 수개월 동안 본 프로젝트의 몇 가지 중요한 milestone을 착실히 진보시켜 나간다” (Costa씨).

이것을 받아 P&G, Danone, L’Oreal, LVMH Beauty, Estee Lauder, Clarins 등의 세계적인 소비재 플랜트가, Eastman의 프랑스 신공장에서 제조되는 r-PET의 조달 의향서에 서명을 하고 있다. 또한 Eastman은 프랑스의 신공장에 인접하여 “분자 리사이클, 이노베이션 센터”의 개설도 계획하고 있다.

건설 후보지는 프랑스 북부의 노르망디의 Port-Jerome-sur-Seine 지구로 좁혀졌다. 이 지구에서는 풍부한 숙련 노동력이 확보 가능하다는 점과, 프랑스 정부의 지원으로 재생 가능 에너지의 조달이 약속되어 있고, 본 설비의 r-PET 수율이 93%로 높은 점도 있고, 온실효과 가스이 배출이 종레 프로세스 보다 80% 삭감 가능한 것이 결정적이었다. 2025년에는 본격 가동 예정.

2.3.2 텍사스주에도 r-PET 케미컬 리사이클 공장의 건설 계획

Eastman은 텍사스주에 r-PET 케미컬 리사이클 공장을 건설하기 위해 세제 우대 조치 신청을 하였다. 신청서에 의하면, 프랑스의 신공장과 동일한, 회수된 폐플라스틱으로부터 PET 수지를 선별, 파쇄, 세정하는 unit, Methanolysis 기술을 사용하여 원료 monomer로 해중합 하는 unit, r-PET를 재중합 unit의 3 고정으로 구성되어 있다. 이 프로젝트는 회수된 폐 PET 수지와 폐섬유로부터 년 생산량 15만톤의 r-PET를 재생하는 프로젝트로, 투자액은 8.5억 달러로 예상되고 있다.

2.4 P&G와 PureCycle Energy의 용매 정제 기술

최후는, 가장 생산량이 많은 PP인데, PE나 PET에 비해 리사이클율이 낮다.

P&G는 과거 15년간 PP의 재생 기술의 개발에 열심히 노력해 왔다. 왜일까? PP는 P&G에서 가장 사용량이 많은 플라스틱 재료이고, 이것을 대체 가능한 소재를 찾거나, 독자로 개발하지 않으면 virgin plastic의 사용량을 2030년까지 50% 삭감한다고 하는commitment를 달성 불가능하기 때문이다.

Cincinnati에 거점을 둔 P&G는, 전제품의 반수 이상에 어떤 형태로든 PP를 사용하고 있고, 년간 조달률은 60만톤에 달한다. 2000년대 초부터 P&G는, PP의 재생 기술을 공동으로 개발할 기업을 찾고 있었다. “유아용 기저귀의 부직포, 칫솔이나 면도기, 제한(制汗)제나 소취제 등 personal care나 beauty care 제품의 사출 성형 용기나 모든 종류의 포장 필름 등, 다양한 용도에 PP를 사용하고 있다” 라고 P&G의 R&D director로, 지속 가능 재료의 개발 책임자인 John Layman 박사는 답하고 있다.

안료나 난연제 등이 섞여 있는 PP 수지를, 원래의 무색 투명, 무취로 안전 위생성이 높은 수지로 재생하는 기술은 매우 허들이 높고, P&G에 협력하여 공동 개발해 갈 기업을 찾아내는 것은 불가능하였다. 그렇기 때문에 P&G의 8,000명의 기술자에 이야기하여 PP 수지의 재생 기술 개발을 스스로 착수하였다. 그 중에서는 세정제의 연구자도 포함되었다. Layman 박사에 의하면 P&G의 연구실에서는 용제 정제 프로세스를 활용하여 양질의 r-PP를 생산하는 기술에 착안하여, 포장용에 사용 가능한 PP를 선택적으로 추출하는 용제를 좁혔다. 이 기술을 검증하기 위해 공장부지에 인접한 FEU(원료 평가 unit)을 건설, 2019년에는 PP 폐 카펫으로부터, 무색 무취의 r-PP를 추출하는 시험제작에 성공하였다. P&G는 하이테크 벤처 기업 육성을 전문으로 하는 투자 펀드 Innventure사에 이 기술을 공여하여 상업화 프로젝트를 추진하는 파트너 기업의 선정을 의뢰, P&G 산하에 플라스틱 재생기술에 특화된 벤처 기업 PureCycle Technology사가 특별히 뽑혔다.

P&G가 갖고 있는 글로벌 특허의 전용 실시권의 허락을 받은 PureCycle은 오하이오주 Ironton에 년간 생산력 4,8만톤의 상업 플랜트를 건설 중으로, 2022년 중반에 commissioning, 2023년에는 full 가동을 계획하고 있다.

건설 자금 조달을 위해 2021년초 Nasdaq에 상장, 주식 공개에 의해 7억 달러를 조달하였다. 또한 P&G를 시작으로 L’Oreal이나 Milliken & Company 등과 r-PP의 off take 계약을 체결하고, 유럽에서의 r-PP 플랜트 건설의 JV 파트너로 하여 Total 등의 이름이 거론되고 있다. Total이나 Milliken으로부터는 PP 수지나 첨가제의 기술 지원도 받아, 재생 기술의 brush up을 계속해 간다.

PureCycle에 의하면 2024년까지 년 생산 7만톤 규모의 r-PP 플랜트의 건설을, 북미, 유럽, 아시아 등에 5군데 계획 중이라고 한다. 이 프로젝트가 성공하기 위한 열쇠의 하나는 PP 폐기물의 안정 조달에 있다. 이 의미로 세계적인 PP 메이커인 Total과의 전략적 제휴는 주목된다. 기존에 Total은 PP의 최신의 mechanical recycle이나 chemical recycle 기술을 갖고 있고, 2021년까지 P&G의 r-PP의 생산 능력은 년간 4만톤으로 된다고 예상한다.

“현재 우리는 PP 폐기물 veil부터 불순물을 완전히 제거하는 기술의 마무리 단계에 있다”고 Layman 박사는 말한다. 그렇기 때문에 PureCycle은 폐 PP 제품으로부터 분리된 불순물(안료, 나무 조각, 금속 편 등)을 가압 에어로 압축하여 체적을 minimize하는 검토를 행하고 있다. 동시에 FEU(원료 평가 unit)에서는 r-PP의 상업 생산에 필요한 연속 프로세스의 최적 운전 조건을 결정하는 최종 단계에 있다.

“FEU 프로세스의 우수한 점은, 연속 생산이 가능한 것이다. Batch process에서는 하루에 1파운드밖에 만들지 못했는데, 연속 프로세스에서는 1시간에 5~10파운드의 생산이 가능하다. 이것에 의해, 보다 대규모인 테스트를 행하는 것이 가능하게 되었다” (Layman 박사).

P&G가 특허를 갖고 있는 연속 생산 프로세스는 추출 칼럼, 압출기, candle filter 등의 수지 제조에 일반적으로 사용되는 기계나 정제 기술이 필요하다. FEU를 활용하여 생산 기술면에서 많은 식견을 얻는 것이 가능하다. 그 하나는, 눈 메임의 원인으로 되는 침전물의 발생 제어 기술이다. “압출기 내의 온도와 압력을 제어하는 것에 의해, 프로세스 중의 수지의 열역학적 특성을 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 거기서부터 눈 메임을 일으켜 생산의 장해로 되는 침전물을 회수하고, 또한 상정 외의 침전물의 발생을 억제하는 운전 기술을 확립하는 것이 다능하였다” (Layman 박사).

그는 이 기술에 사용하는 용제는 특별한 것이 아니지만, 최종 공정에서 사용하는 알칼리계의 용매에는 정밀도가 높은 가공 온도와 압력의 컨트롤이 요구되어진다고 한다.